一种CoP析氢反应催化剂及其制备方法与应用与流程

本发明涉及催化材料，尤其涉及一种cop析氢反应催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、能源资源短缺和环境污染等是阻碍人类可持续发展的重大问题，开发绿色的可再生资源来替代传统的化石能源是解决全球能源危机的必由之路。氢能具有能量密度高，环境友好等优势，是最具潜力的清洁能源之一。其中，电解水制氢技术是获取氢能源的有效策略，然而电解水制氢中的析氢反应(her)存在过电位较大、极化严重等问题，因此析氢反应过程必须要有催化剂的参与。目前，常用的贵金属铂、钌、铱等催化剂在析氢反应中展现出优异的催化性能，但是由于其储量稀少、成本高昂、稳定性差，导致其实际应用十分受限。

2、同时，催化剂的使用方法通常是将制备好的催化剂粉末颗粒与分散剂和粘结剂混合，通过滴涂、旋涂或喷涂的方法负载到二维基质材料或离子交换膜上。虽然这种方法能够在一定程度上提高电化学性能，但是催化剂颗粒与基质结合不牢固会导致催化剂颗粒脱落且严重阻碍电荷的传输。并且，二维材料结构与电解液的接触面积有限，降低了材料的活性面积，进一步恶化了电催化性能。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种cop析氢反应催化剂及其制备方法与应用，旨在解决现有析氢催化剂易发生脱落阻碍电荷的传输，并且活性面积有限等问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种cop析氢反应催化剂的制备方法，包括步骤：

4、对泡沫镍进行预处理；

5、将预处理后的泡沫镍浸入钴盐溶液中，以预处理后的泡沫镍为工作电极，进行电化学沉积，得到co(oh)2@泡沫镍；

6、利用含磷还原剂对所述co(oh)2@泡沫镍进行磷化处理，得到cop析氢反应催化剂。

7、所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其中，对泡沫镍进行预处理的步骤，包括：

8、利用超声清洗机依次使用丙酮、酸液、乙醇和去离子水对泡沫镍进行清洗处理；

9、将清洗处理后的泡沫镍进行干燥处理，得到预处理后的泡沫镍；

10、和/或，所述酸液为浓度0.5mol/l-2mol/l的盐酸或硫酸；和/或，所述干燥处理的温度为45℃-55℃，所述干燥处理的时间为25min-35min。

11、所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其中，所述泡沫镍的厚度为450微米-550微米；所述泡沫镍的ppi在100-120之间；所述泡沫镍的孔隙率在95％-98％之间。

12、所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其中，所述钴盐溶液包括硝酸钴溶液、氯化钴溶液、硫酸钴溶液、乙酸钴溶液、氟化钴溶液中的一种或多种；和/或，所述钴盐溶液的浓度为0.1mol/l-0.4mol/l。

13、所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其中，所述电化学沉积的电流密度等于所述泡沫镍的面积乘以(10-20)ma cm-2；所述电化学沉积的时间为5min-120min。

14、所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其中，所述含磷还原剂包括次磷酸钠、亚磷酸钠、磷化铝钠、亚磷酸铵中的一种或多种。

15、所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其中，所述磷化处理包括：控制惰性气体的流速为5-20ml/min，在惰性气体的保护下以1-5℃/min的升温速率升至280℃-300℃，保温20min-30min，再以2℃/min-3℃/min的升温速率升至350℃-450℃，保温40min-60min。

16、一种cop析氢反应催化剂，利用所述cop析氢反应催化剂的制备方法制得；和/或，包括泡沫镍，以及负载于所述泡沫镍表面的cop颗粒。

17、所述的cop析氢反应催化剂，其中，所述cop颗粒在所述泡沫镍上的负载量为2mgcm-2-22mg cm-2。

18、一种cop析氢反应催化剂在电解水制氢中的应用。

19、有益效果：本发明提供一种cop析氢反应催化剂及其制备方法与应用，cop析氢反应催化剂的制备方法包括步骤：对泡沫镍进行预处理；将预处理后的泡沫镍浸入钴盐溶液中，以预处理后的泡沫镍为工作电极，进行电化学沉积，得到co(oh)2@泡沫镍；利用含磷还原剂对所述co(oh)2@泡沫镍进行磷化处理，得到cop析氢反应催化剂。本发明利用泡沫镍的多孔结构，使得磷化钴能够均匀地分布在泡沫镍的表面上，提高了催化剂与反应物之间的接触面积，增加了反应的活性位点，从而提高了析氢效率；并且，泡沫镍作为催化剂载体，具有良好的电导率，有助于电子在催化剂表面的传递，电子的高导电性有助于维持催化剂的还原状态，从而提高反应效率；同时，泡沫镍作为支撑体，可以提供稳定的结构支持，防止磷化钴颗粒的团聚或流失，有助于维持催化剂的活性和稳定性；最后，磷元素在催化剂中具有促进析氢反应的作用，可以调整催化剂表面的电子结构，改善催化剂的吸附性能，从而提高氢气生成反应的效率。

技术特征：

1.一种cop析氢反应催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其特征在于，对泡沫镍进行预处理的步骤，包括：

3.根据权利要求1所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述泡沫镍的厚度为450微米-550微米；所述泡沫镍的ppi在100-120之间；所述泡沫镍的孔隙率在95％-98％之间。

4.根据权利要求1所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液包括硝酸钴溶液、氯化钴溶液、硫酸钴溶液、乙酸钴溶液、氟化钴溶液中的一种或多种；和/或，所述钴盐溶液的浓度为0.1mol/l-0.4mol/l。

5.根据权利要求1所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述电化学沉积的电流密度等于所述泡沫镍的面积乘以(10-20)ma cm-2；所述电化学沉积的时间为5min-120min。

6.根据权利要求1所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述含磷还原剂包括次磷酸钠、亚磷酸钠、磷化铝钠、亚磷酸铵中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的cop析氢反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述磷化处理包括：控制惰性气体的流速为5-20ml/min，在惰性气体的保护下以1-5℃/min的升温速率升至280℃-300℃，保温20min-30min，再以2℃/min-3℃/min的升温速率升至350℃-450℃，保温40min-60min。

8.一种cop析氢反应催化剂，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的cop析氢反应催化剂的制备方法制得；和/或，包括泡沫镍，以及负载于所述泡沫镍表面的cop颗粒。

9.根据权利要求8所述的cop析氢反应催化剂，其特征在于，所述cop颗粒在所述泡沫镍上的负载量为2mg cm-2-22mg cm-2。

10.一种如权利要求8-9任一项所述的cop析氢反应催化剂在电解水制氢中的应用。

技术总结本发明涉及催化材料技术领域，尤其涉及一种CoP析氢反应催化剂及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：将预处理后的泡沫镍浸入钴盐溶液中，以预处理后的泡沫镍为工作电极，进行电化学沉积，得到的Co(OH)<subgt;2</subgt;@泡沫镍利用含磷还原剂进行磷化处理，得到CoP析氢反应催化剂。本发明利用泡沫镍的多孔结构，使得磷化钴能够均匀地分布在泡沫镍的表面上，提高了催化剂与反应物之间的接触面积，增加了反应的活性位点，提高了析氢效率；泡沫镍作为催化剂载体，具有良好的电导率，有助于电子在催化剂表面的传递，电子的高导电性有助于维持催化剂的还原状态，提高反应效率；泡沫镍可以提供稳定的结构支持，防止磷化钴颗粒的团聚或流失，有助于维持催化剂的活性和稳定性。技术研发人员：施鸿亮,陈大龙受保护的技术使用者：上海擎氢能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/8